频谱仪原理与使用
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4 参考电平为频谱仪Y轴方向最上端对应的电平 4 电平刻度为频谱仪Y轴方向每格代表的电平分贝数（Y轴以对数方式 显示时） 4 调整参考电平时，应使观测信号最大电平不超过参考电平 4 调整电平刻度时，应使所关心的信号电平变化显示比较明显，或所关 心的电平范围能在频谱仪上显示出来
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4 功率显示值 = Reference Level – Scale/Div * n （n为电平刻度数） 4 输入衰减（Input Attenuation)
4 平均显示噪声电平（Displayed Average Noise Level）
4 决定频谱仪能显示的最小信号电平，有时也称“灵敏度” 4 分辨带宽越窄，平均显示噪声电平越小
4 频响（Frequency Response）
4 影响宽带信号测量结果
7
4 幅度准确度（Amplitude Accuracy） 4 二次谐波失真（Second Harmonic Distortion）
三、频谱仪使用：Eb/N0测量1
4 通过测量C/N计算Eb/N0
4 将Display Line设为On 4 用旋钮调整Display Line，使之与载波峰值相重合，并读取相应的电平值 ，该值为C＋N 4 继续调整Display Line，使之与底噪声相重合，并读取相应的电平值，该 值为N 4 从（C+N)/N计算出C/N 4 利用C/N计算Eb/N0 C/N= C0/N0 Eb=C0×Rs/Rb Eb/N0 =(C/N) ×(Rs/Rb ) （Rb为信息速率 Rs为调制符号速率）
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三、频谱仪使用：相位噪声测量1
4 间接测量
4 频谱仪本振相位噪声要优于对被测信 号相位噪声的要求 4 调整频谱仪中心频率，使被测载波位 于屏幕中心 4 调整参考电平使被测载波峰值点位于 屏幕顶线 4 频率宽度约为欲测频率偏移量的10倍 4 频谱仪RBW设为频率偏移量的1/10 4 调整频谱仪VBW，使噪声频谱比较光滑 4 从频谱仪读出单边噪声密度L 4 计算该频率偏移量的相位噪声密度 相位噪声＝L＋1.7－10log（RBW） （单位dBc/Hz)
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分辨带宽（Resolution Bandwidth － RBW）
频率准确度和稳定度（ Frequency Accuracy & Stability） 视频带宽（Video Bandwidth － VBW） 4 选择较窄的视频带宽，可以得到较为平滑的谱线 4 本振相位噪声（LO Phase Noise）
4 对保护频谱仪输入级非常重要，强烈建议设置成自动调整方式 4 输入衰减越大，频谱仪底噪声电平越高 4 在确定输入信号电平足够小（全频段电平）时，把输入衰减设为0dB 可提高观察微弱信号的能力 亚洲卫星通信工程师资格认证培训
三、频谱仪使用：参数设置（续二）
4 分辨带宽（RBW）
4 通常由频谱仪根据频率宽度自动设置 4 观察调制载波时，RBW通常应小于信号带宽的十分之一 4 观察单频信号时，宽的RBW容易漏掉单频信号附近的低电平信号 4 RBW越窄，扫描时间越长
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三、频谱仪使用：频谱观测 4单频信号观测2
4选用合适的扫描时间
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三、频谱仪使用：频谱观测 4单频信号观测3
4选用合适的视频带宽
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三、频谱仪使用：频谱观测 4单频信号观测4
4选用本振相位噪声满足要求的频谱仪
三、频谱仪使用：参数设置（续三）
4 扫描时间（Sweep Time）
4 通常由频谱仪根据频率宽度、RBW和VBW自动设置 4 扫描时间过短会导致观测到的信号电平降低、频率右移
4 扫描方式（Sweep）
4 连续扫描（Continus Sweep） 4 单次扫描（Single Sweep）
4 Display Line
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4 触发方式（Trigger Type）
4 通常有Free Run, Single, Line, Video, Offset, Delayed, External等 触发方式 4 需要观测特定时间的信号频谱时，应选择适当的触发方式
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二、频谱仪工作原理：主要性能指标（续三） 4其它测试功能
21
4 单载波的功率和频率稳定度测量：
4 适当调整频谱仪设置，使载波的峰值落在显示范围内 4 按 Marker→CF ， Marker→Ref Lvl ，以及向上按键，使载波的峰值落在 中心频率的参考电平以下10dB处 4 定时按Peak Search，读取并记录光标所对应的功率和频率值 4 对测试记录作统计处理 4 频谱仪功率稳定度和频率稳定度应由于被测信号指标 亚洲卫星通信工程师资格认证培训
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二、频谱仪工作原理：主要性能指标
4 4 频率范围（Frequency Range）
4 4 4 4 主要由输入预选器、本振和混频器频率范围决定 决定频谱仪能观测信号的频率范围 由中频滤波器或数字滤波器带宽决定 分辨带宽越宽，滤波器稳定时间越短，可提供较快的测量；分辨带 宽越窄，具有更高的频率分辨力和更低的噪声电平
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三、频谱仪使用：Eb/N0测量2
4 利用频谱仪直接测量 （设备验收时）
4 设置频谱仪功率测 量的信道带宽与被 测信道带宽相同 4 关闭噪声源，打开 频谱仪视频平均， 用频谱仪直接测量 信号功率C 4 关闭信号，打开噪 声源，用频谱仪直 接测量噪声功率密 度 N0 4 通过C及Rb计算Eb Eb=C/Rb 4 求出Eb/N0 亚洲卫星通信工程师资格认证培训
4 影响二次谐波失真测试范围
4 三阶互调失真（Third Order Intermodulation Distortion）
4 影响三阶互调失真测量范围
4 扫描点数（Sweep Points）
4 扫描点数为显示屏在水平方向上的取样点数量 4 扫描点数越多，在水平轴上的显示精度就越高
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4调制分析 4噪声系数测试 4发射损耗测试 4EMI测试
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4其它使用性能
4频谱存储、打印、输出 4编程、遥控
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三、频谱仪使用：参数设置
4 中心频率（Center Frequency）和频率宽度（Frequency Span）
4 中心频率和扫频宽带决定频谱仪观测频率范围 4 频谱仪中心频率指X轴中心点频率，与观测信号的中心频率相同 4 频谱仪频率宽度指X轴从最左端（低端）到最右端（高端）对应的 带宽，应略大于观测信号带宽 4 也可以通过设置起始频率（ Start Frequency ）和终止频率（ Stop Frequency ）来设置频谱仪观测频率范围
4 视频带宽（VBW）和视频平均
4 通常与RBW保持某一比例（该比例可手动改变），由频谱仪自动设置 4 窄的VBW可减小噪声及信号的随机起伏，使显示频谱越光滑，同时扫描时 间越长 4 当被观测信号的信噪比较低时，窄的VBW可使故测信号显示得更明显 4 视频平均与很窄得视频带宽效果基本相同
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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频谱仪原理与使用
刘波 教授 南京通信工程学院
2007年11月 y 南京
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亚洲卫星公司 南京通信工程学院
一、频谱仪简介：为什么要用频谱仪
4 卫星通信信号频率很高（数十兆赫到十几吉赫）、幅度很小（接 收信号经放大后通常仅几毫伏甚至更低）不便用示波器观测。 4 卫星通信频带内通常有多个不同频率的调制载波同时存在，且在 信号上叠加有相当大的噪声，示波器无法观测。 4 对信号的微小失真，从时域有时很难观测。 4 对卫星通信信号通常用频谱仪在频域进行观测，而不是用示波器 在时域进行观测。
二、频谱仪工作原理：主要性能指标（续二）
4 扫描时间（Sweep Time）
4 频谱仪X轴方向扫描一次所用时间 4 扫描时间与观测频率宽带（ Span）、RBW、VBW；Span越宽、 RBW 和VBW越窄、扫描时间越长。扫描时间通常由频谱仪自动 设置 4 对应于不同型号，扫描时间最长可为300s、1500s、乃至4000s 4 扫描时间越长，在0 span条件下检测电平变化的范围就越大
4 便于测量一定带宽的信号电平时
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4 光标（Marker）
4 寻找最大值（Peak Search） 4 把光标移到中心频率（Marker to CF） 4 把光标移到参考电平（Marker to Reference Level) 4 Delta Marker
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三、频谱仪使用：参数设置（续四） 4扫迹（Trace）
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二、频谱仪工作原理：原理框图
4
4 频谱仪的原理框图如上图所示
4 输入信号经由衰减器和滤波器，被送到混频器 4 混频器的本振频率通常为周期性的扫频信号 4 混频输出经过中频放大、带通滤波、对数放大、包络检波及视频滤波，被 送到显示器的Y轴 4 扫描信号发生器在控制本振频率扫频的同时，控制显示器X轴扫描 亚洲卫星通信工程师资格认证培训
4 单载波功率测量：
4 适当调整Center Frequency、Span、Reference Level和RBW，使载波的峰 值落在显示范围内 4 按Peak Search，读出光标的功率值PMarker 4 计算载波功率 PCW = PMarker + AttnCoupler 式中， AttnCoupler 为测试端口到频谱仪输入端口之间的耦合衰减与电缆损 耗之和
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一、频谱仪简介：功能与用途
4 与在时域上显示电压变化的示波器不同，频谱仪可在频域上显 示功率变化 4 频谱仪的水平坐标为频率轴，垂直坐标为功率轴 4 频谱仪主要用于观测和记录某个指定频段内的信号频谱 通过对信号的频谱观测，可 以了解信号在频域的分布情况 以及信号的质量 通过对某部件输入、输出信 号频谱的测量，得到部件的技 术指标
Center Frequency =（Start Frequency + Stop Frequency）÷2 Frequency Span = Stop Frequency - Start Frequency
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三、频谱仪使用：参数设置（续一）
4 参考电平（ Reference Level）和电平刻度（ Scale/Div）
4 4 4 由本振频率合成器决定 决定测量单频信号相位噪声的下限 影响能观测到的多频、窄带信号的电平范围
4 4
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二、频谱仪工作原理：主要性能指标（续一）
4 最大输入信号电平（Maximum Safe Input Level）
4 主要由输入衰减器、放大器决定 4 一般分最大连续功率和最大脉冲功率 4 输入信号电平超过最大输入信号电平时，会损坏频谱仪
二、频谱仪工作原理：工作原理
4 输入衰减器和滤波器（预选器）限制送给混频器的信号电平和带 宽，保证混频器正常工作 4 在混频器中，输入信号与本振混频，得到中频信号 4 本振信号一般由频率合成器产生，可在某一范围内扫描 4 中频放大器及衰减器对混频器输出中频信号的电平进行调整 4 中频带通滤波器选出中频信号 4 中频放大器及滤波器常采用多级级联，中频带宽由最后一级滤波 器带宽决定。该带宽可以受控改变，且决定频谱仪的分辨带宽（ RBW） 4 包络检波器的输入信号通常由对数放大器压缩信号的动态范围， 并且调整其电平范围 4 低通滤波器的带宽（视频带宽VBW）影响显示信号频谱的平滑度 4 现代频谱仪基本都采用高性能微处理器及 DSP 器件，使频谱仪的 测量功能得到大大提高
4频谱仪一般有2～3个扫迹，单通常情况下只用一个扫迹 4实时扫描扫迹（Clear Write） 4最大值保持扫迹（Max Hold） 4最小值保持扫迹（Min Hold） 4观测突发信号时，常用最大值保持扫迹
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三、频谱仪使用：频谱观测 4单频信号观测1
4选用合适的RBW
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三、频谱仪使用：频谱观测 4调制载波观测
4选用合适的频率宽度和RBW、VBW及电平刻度
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三、频谱仪使用：频谱观测 4突发载波观测
4利用频谱仪最大值保持功能
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三、频谱仪使用：单载波的功率和稳定度测量
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4 功率显示值 = Reference Level – Scale/Div * n （n为电平刻度数） 4 输入衰减（Input Attenuation)
4 平均显示噪声电平（Displayed Average Noise Level）
4 决定频谱仪能显示的最小信号电平，有时也称“灵敏度” 4 分辨带宽越窄，平均显示噪声电平越小
4 频响（Frequency Response）
4 影响宽带信号测量结果
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4 幅度准确度（Amplitude Accuracy） 4 二次谐波失真（Second Harmonic Distortion）
三、频谱仪使用：Eb/N0测量1
4 通过测量C/N计算Eb/N0
4 将Display Line设为On 4 用旋钮调整Display Line，使之与载波峰值相重合，并读取相应的电平值 ，该值为C＋N 4 继续调整Display Line，使之与底噪声相重合，并读取相应的电平值，该 值为N 4 从（C+N)/N计算出C/N 4 利用C/N计算Eb/N0 C/N= C0/N0 Eb=C0×Rs/Rb Eb/N0 =(C/N) ×(Rs/Rb ) （Rb为信息速率 Rs为调制符号速率）
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三、频谱仪使用：相位噪声测量1
4 间接测量
4 频谱仪本振相位噪声要优于对被测信 号相位噪声的要求 4 调整频谱仪中心频率，使被测载波位 于屏幕中心 4 调整参考电平使被测载波峰值点位于 屏幕顶线 4 频率宽度约为欲测频率偏移量的10倍 4 频谱仪RBW设为频率偏移量的1/10 4 调整频谱仪VBW，使噪声频谱比较光滑 4 从频谱仪读出单边噪声密度L 4 计算该频率偏移量的相位噪声密度 相位噪声＝L＋1.7－10log（RBW） （单位dBc/Hz)
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分辨带宽（Resolution Bandwidth － RBW）
频率准确度和稳定度（ Frequency Accuracy & Stability） 视频带宽（Video Bandwidth － VBW） 4 选择较窄的视频带宽，可以得到较为平滑的谱线 4 本振相位噪声（LO Phase Noise）
4 对保护频谱仪输入级非常重要，强烈建议设置成自动调整方式 4 输入衰减越大，频谱仪底噪声电平越高 4 在确定输入信号电平足够小（全频段电平）时，把输入衰减设为0dB 可提高观察微弱信号的能力 亚洲卫星通信工程师资格认证培训
三、频谱仪使用：参数设置（续二）
4 分辨带宽（RBW）
4 通常由频谱仪根据频率宽度自动设置 4 观察调制载波时，RBW通常应小于信号带宽的十分之一 4 观察单频信号时，宽的RBW容易漏掉单频信号附近的低电平信号 4 RBW越窄，扫描时间越长
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三、频谱仪使用：频谱观测 4单频信号观测2
4选用合适的扫描时间
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三、频谱仪使用：频谱观测 4单频信号观测3
4选用合适的视频带宽
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三、频谱仪使用：频谱观测 4单频信号观测4
4选用本振相位噪声满足要求的频谱仪
三、频谱仪使用：参数设置（续三）
4 扫描时间（Sweep Time）
4 通常由频谱仪根据频率宽度、RBW和VBW自动设置 4 扫描时间过短会导致观测到的信号电平降低、频率右移
4 扫描方式（Sweep）
4 连续扫描（Continus Sweep） 4 单次扫描（Single Sweep）
4 Display Line
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4 触发方式（Trigger Type）
4 通常有Free Run, Single, Line, Video, Offset, Delayed, External等 触发方式 4 需要观测特定时间的信号频谱时，应选择适当的触发方式
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二、频谱仪工作原理：主要性能指标（续三） 4其它测试功能
21
4 单载波的功率和频率稳定度测量：
4 适当调整频谱仪设置，使载波的峰值落在显示范围内 4 按 Marker→CF ， Marker→Ref Lvl ，以及向上按键，使载波的峰值落在 中心频率的参考电平以下10dB处 4 定时按Peak Search，读取并记录光标所对应的功率和频率值 4 对测试记录作统计处理 4 频谱仪功率稳定度和频率稳定度应由于被测信号指标 亚洲卫星通信工程师资格认证培训
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二、频谱仪工作原理：主要性能指标
4 4 频率范围（Frequency Range）
4 4 4 4 主要由输入预选器、本振和混频器频率范围决定 决定频谱仪能观测信号的频率范围 由中频滤波器或数字滤波器带宽决定 分辨带宽越宽，滤波器稳定时间越短，可提供较快的测量；分辨带 宽越窄，具有更高的频率分辨力和更低的噪声电平
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三、频谱仪使用：Eb/N0测量2
4 利用频谱仪直接测量 （设备验收时）
4 设置频谱仪功率测 量的信道带宽与被 测信道带宽相同 4 关闭噪声源，打开 频谱仪视频平均， 用频谱仪直接测量 信号功率C 4 关闭信号，打开噪 声源，用频谱仪直 接测量噪声功率密 度 N0 4 通过C及Rb计算Eb Eb=C/Rb 4 求出Eb/N0 亚洲卫星通信工程师资格认证培训
4 影响二次谐波失真测试范围
4 三阶互调失真（Third Order Intermodulation Distortion）
4 影响三阶互调失真测量范围
4 扫描点数（Sweep Points）
4 扫描点数为显示屏在水平方向上的取样点数量 4 扫描点数越多，在水平轴上的显示精度就越高
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4调制分析 4噪声系数测试 4发射损耗测试 4EMI测试
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4其它使用性能
4频谱存储、打印、输出 4编程、遥控
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三、频谱仪使用：参数设置
4 中心频率（Center Frequency）和频率宽度（Frequency Span）
4 中心频率和扫频宽带决定频谱仪观测频率范围 4 频谱仪中心频率指X轴中心点频率，与观测信号的中心频率相同 4 频谱仪频率宽度指X轴从最左端（低端）到最右端（高端）对应的 带宽，应略大于观测信号带宽 4 也可以通过设置起始频率（ Start Frequency ）和终止频率（ Stop Frequency ）来设置频谱仪观测频率范围
4 视频带宽（VBW）和视频平均
4 通常与RBW保持某一比例（该比例可手动改变），由频谱仪自动设置 4 窄的VBW可减小噪声及信号的随机起伏，使显示频谱越光滑，同时扫描时 间越长 4 当被观测信号的信噪比较低时，窄的VBW可使故测信号显示得更明显 4 视频平均与很窄得视频带宽效果基本相同
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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频谱仪原理与使用
刘波 教授 南京通信工程学院
2007年11月 y 南京
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亚洲卫星公司 南京通信工程学院
一、频谱仪简介：为什么要用频谱仪
4 卫星通信信号频率很高（数十兆赫到十几吉赫）、幅度很小（接 收信号经放大后通常仅几毫伏甚至更低）不便用示波器观测。 4 卫星通信频带内通常有多个不同频率的调制载波同时存在，且在 信号上叠加有相当大的噪声，示波器无法观测。 4 对信号的微小失真，从时域有时很难观测。 4 对卫星通信信号通常用频谱仪在频域进行观测，而不是用示波器 在时域进行观测。
二、频谱仪工作原理：主要性能指标（续二）
4 扫描时间（Sweep Time）
4 频谱仪X轴方向扫描一次所用时间 4 扫描时间与观测频率宽带（ Span）、RBW、VBW；Span越宽、 RBW 和VBW越窄、扫描时间越长。扫描时间通常由频谱仪自动 设置 4 对应于不同型号，扫描时间最长可为300s、1500s、乃至4000s 4 扫描时间越长，在0 span条件下检测电平变化的范围就越大
4 便于测量一定带宽的信号电平时
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4 光标（Marker）
4 寻找最大值（Peak Search） 4 把光标移到中心频率（Marker to CF） 4 把光标移到参考电平（Marker to Reference Level) 4 Delta Marker
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三、频谱仪使用：参数设置（续四） 4扫迹（Trace）
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二、频谱仪工作原理：原理框图
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4 频谱仪的原理框图如上图所示
4 输入信号经由衰减器和滤波器，被送到混频器 4 混频器的本振频率通常为周期性的扫频信号 4 混频输出经过中频放大、带通滤波、对数放大、包络检波及视频滤波，被 送到显示器的Y轴 4 扫描信号发生器在控制本振频率扫频的同时，控制显示器X轴扫描 亚洲卫星通信工程师资格认证培训
4 单载波功率测量：
4 适当调整Center Frequency、Span、Reference Level和RBW，使载波的峰 值落在显示范围内 4 按Peak Search，读出光标的功率值PMarker 4 计算载波功率 PCW = PMarker + AttnCoupler 式中， AttnCoupler 为测试端口到频谱仪输入端口之间的耦合衰减与电缆损 耗之和
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一、频谱仪简介：功能与用途
4 与在时域上显示电压变化的示波器不同，频谱仪可在频域上显 示功率变化 4 频谱仪的水平坐标为频率轴，垂直坐标为功率轴 4 频谱仪主要用于观测和记录某个指定频段内的信号频谱 通过对信号的频谱观测，可 以了解信号在频域的分布情况 以及信号的质量 通过对某部件输入、输出信 号频谱的测量，得到部件的技 术指标
Center Frequency =（Start Frequency + Stop Frequency）÷2 Frequency Span = Stop Frequency - Start Frequency
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三、频谱仪使用：参数设置（续一）
4 参考电平（ Reference Level）和电平刻度（ Scale/Div）
4 4 4 由本振频率合成器决定 决定测量单频信号相位噪声的下限 影响能观测到的多频、窄带信号的电平范围
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二、频谱仪工作原理：主要性能指标（续一）
4 最大输入信号电平（Maximum Safe Input Level）
4 主要由输入衰减器、放大器决定 4 一般分最大连续功率和最大脉冲功率 4 输入信号电平超过最大输入信号电平时，会损坏频谱仪
二、频谱仪工作原理：工作原理
4 输入衰减器和滤波器（预选器）限制送给混频器的信号电平和带 宽，保证混频器正常工作 4 在混频器中，输入信号与本振混频，得到中频信号 4 本振信号一般由频率合成器产生，可在某一范围内扫描 4 中频放大器及衰减器对混频器输出中频信号的电平进行调整 4 中频带通滤波器选出中频信号 4 中频放大器及滤波器常采用多级级联，中频带宽由最后一级滤波 器带宽决定。该带宽可以受控改变，且决定频谱仪的分辨带宽（ RBW） 4 包络检波器的输入信号通常由对数放大器压缩信号的动态范围， 并且调整其电平范围 4 低通滤波器的带宽（视频带宽VBW）影响显示信号频谱的平滑度 4 现代频谱仪基本都采用高性能微处理器及 DSP 器件，使频谱仪的 测量功能得到大大提高
4频谱仪一般有2～3个扫迹，单通常情况下只用一个扫迹 4实时扫描扫迹（Clear Write） 4最大值保持扫迹（Max Hold） 4最小值保持扫迹（Min Hold） 4观测突发信号时，常用最大值保持扫迹
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三、频谱仪使用：频谱观测 4单频信号观测1
4选用合适的RBW
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三、频谱仪使用：频谱观测 4调制载波观测
4选用合适的频率宽度和RBW、VBW及电平刻度
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三、频谱仪使用：频谱观测 4突发载波观测
4利用频谱仪最大值保持功能
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三、频谱仪使用：单载波的功率和稳定度测量